Experimento didático de quimiometria para análise exploratória de óleos vegetais comestíveis por espectroscopia no infravermelho médio e análise de componentes principais: um tutorial, parte I

Abstract

Recebido em 15/2/11; aceito em 6/6/11; publicado na web em 22/7/11 TEACHING EXPERIMENT OF CHEMOMETRICS FOR EXPLORATORY ANALYSIS OF EDIBLE VEGETABLE OILS BY MID INFRARED SPECTROSCOPY AND PRINCIPAL COMPONENT ANALYSIS: A TUTORIAL, PART I. This manuscript aims to show the basic concepts and practical application of Principal Component Analysis (PCA) as a tutorial, using Matlab or Octave computing environment for beginners, undergraduate and graduate students. As a practical example it is shown the exploratory analysis of edible vegetable oils by mid infrared spectroscopy.Keywords: principal component analysis; infrared spectroscopy; edible oils. INTRODUÇÃOA Quimiometria envolve a aplicação de métodos matemáticos, estatísticos e computacionais para investigar, interpretar, classificar e fazer previsão de conjuntos de dados de interesse químico, sendo atualmente considerada como uma disciplina da Química e inserida na grade curricular de diversos cursos de graduação e de pós-graduação em universidades brasileiras. 1Dentre as diversas subáreas da Quimiometria pode-se destacar o planejamento de experimentos, o reconhecimento de padrões e a calibração multivariada. Na área de planejamento de experimentos busca-se encontrar quais as variáveis que mais afetam um determinado processo, assim como a interação entre elas. No reconhecimento de padrões, a partir de uma vasta gama de informações (medidas químicas ou espectrais, por exemplo) sobre uma série de objetos, pretende-se encontrar agrupamentos de amostras (objetos) que são similares entre si e, assim, detectar tendências nos dados. Na calibração multivariada, busca-se estabelecer um modelo que relacione uma série de medidas (químicas ou espectrais) realizadas em amostras com uma determinada propriedade (concentração, por exemplo). Na literatura podem ser encontrados diversos experimentos didáticos em calibração multivariada, 2-4 reconhecimento de padrões 5,6 e planejamento de experimentos. 7A análise de componentes principais (Principal Component Analysis, PCA) é um dos métodos mais importantes utilizados na Quimiometria e é a base para diversos métodos de reconhecimento de padrões, classificação e calibração multivariada. Normalmente, a PCA é utilizada com o objetivo de visualizar a estrutura dos dados, encontrar similaridades entre amostras, detectar amostras anômalas (outliers) e reduzir a dimensionalidade do conjunto de dados.8 A análise exploratória através da PCA é largamente empregada em Quimiometria 9-11 tendo cada vez mais novos usuários do meio acadêmico (alunos de graduação, pós-graduação e pesquisadores) e da indústria interessados na sua utilização. Contudo, esses novos usuários estão sujeitos a limitações iniciais no estudo da Quimiometria devido à falta de conhecimento teórico prévio e habilidade de operação de softwares e ambientes computacionais indispensáveis a sua aplicação. Em geral, os artigos científicos e os livros da área apresentam a teoria e aplicação da PCA, entretanto, sua abordagem na utilização dos ambientes computacionais empregados é muito...

Exploratory Analysis Applied to Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared (Atr-Ftir) of Biodiesel/Diesel Blends

“…Além disso, a espectroscopia FTIR é uma excelente ferramenta para análise quantitativa porque as intensidades de absorção das bandas no espectro são proporcionais à concentração. 16 Este estudo insere-se nesta mesma área, porém visa classificar blendas preparadas a partir de óleo diesel metropolitano (S500) e de vários tipos de biodiesel metílico e etílico, através das ferramentas de análise de agrupamento hierárquico, do inglês, Hierarchical Cluster Analysis (HCA) e de análise por componentes principais, do inglês, Principal Component Analysis (PCA) utilizando dados de espectroscopia por refletância total atenuada horizontal no infravermelho com transformada de Fourier (HATR-FTIR).…”

Experimento didático de quimiometria para calibração multivariada na determinação de paracetamol em comprimidos comerciais utilizando espectroscopia no infravermelho próximo: um tutorial, parte II

“…Como sugestão, antes da realização do PLS, o aluno poderá realizar uma análise exploratória empregando PCA, uma vez que o mesmo foi descrito no Tutorial I. 1 Além disso, outra sugestão seria explorar o mesmo conjunto de dados empregando a Regressão em Componentes Principais (PCR), cujos algoritmos também se encontram disponíveis para download a partir do site indicado. Os resultados deverão ser equivalentes.…”

Experimento Didático De Quimiometria Para O Mapeamento De Pellets Farmacêuticos Utilizando Espectroscopia De Imagem Na Região Do Infravermelho Próximo E Resolução Multivariada De Curvas Com Mínimos Quadrados Alternantes: Um Tutorial, Parte Iv

“…1 Assim, esse artigo pretende dar sequência à série de tutoriais já publicados pela Química Nova para o ensino de Quimiometria. [2][3][4] No primeiro desses estudos, a discriminação de óleos comerciais por espectroscopia no infravermelho médio foi utilizada para o ensino da Análise de Componentes Principais (Principal Component Analysis, PCA). 2 O segundo trabalho empregou a determinação da concentração do princípio ativo paracetamol em comprimidos com espectroscopia no infravermelho próximo e regressão por mínimos quadrados parciais (PLS, do inglês Partial Least Squares) para o ensino de calibração multivariada.…”

“…[2][3][4] No primeiro desses estudos, a discriminação de óleos comerciais por espectroscopia no infravermelho médio foi utilizada para o ensino da Análise de Componentes Principais (Principal Component Analysis, PCA). 2 O segundo trabalho empregou a determinação da concentração do princípio ativo paracetamol em comprimidos com espectroscopia no infravermelho próximo e regressão por mínimos quadrados parciais (PLS, do inglês Partial Least Squares) para o ensino de calibração multivariada. 3 Por fim, no terceiro tutorial, a tradicional determinação de Ferro (III) com o-fenantrolina através da espectroscopia na região do visível foi usada para apresentar os conceitos do planejamento experimental (design of experiments, DOE).…”